一种风机内的偏航电机的供电系统及供电方法与流程

本发明涉及风力发电领域，尤其是一种风机内的偏航电机的供电系统及供电方法。

背景技术：

随着常规能源短缺和环境污染问题加剧，风能作为可再生绿色能源，对其开发利用十分重要。在风力发电中，为了提高风能利用率，风力发电机组的偏航系统要具有自动偏航的功能，即偏航系统要自动准确对风。在气象预报有强台风后，风场的中央控制器可以命令每台风机停机，叶轮对准风向，叶片变桨至顺桨角度，这样可以使风轮上产生的周向力矩与轴向推力最小。尤其是在海上风场，有时强力台风会破坏电网系统，使得风机的外网供电线路被切断，此时无法及时进行线路抢修，除天气因素外偶尔也会有船只抛锚砸断海底电缆的意外，偏航电机需要启用备用电源供电，现有的偏航电机备用电源一般有两种，一种为蓄电池，平时蓄电池由电网充电，在电网掉电后，蓄电池为偏航电机供电；另一种为柴油发电机，在电网掉电后柴油发电机工作，为偏航电机供电。这两种供电方式都存在着一定的局限性，首先，采用蓄电池供电的方式，需要在机舱内安装一较大容量的蓄电池，不仅成本高，而且电池寿命有限，供电时间短，维护成本高，而采用柴油发电机供电的方式，设备体积大，发电效率低，并且需要消耗燃油，启动缓慢，柴油发电机在机舱内排放会污染设备，且有火灾风限，维护成本也比较高。

鉴于此提出本发明。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种在电网掉电时，利用垂直轴风力发电机发电的风机内的偏航电机的供电系统。

本发明的另一目的在于提供一种风机内的偏航电机的供电系统的供电方法，以实现低成本、无能耗，可快速响应的供电方式。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种风机内的偏航电机的供电系统，包括，安装在机舱内的偏航电机，与偏航电机连接的变频驱动器，所述变频驱动器与电网连接用于为偏航电机供电，所述机舱的上方安装有垂直轴风力发电机，所述垂直轴风力发电机通过变频驱动器与偏航电机连接，以在电网掉电时为偏航电机供电。

进一步，所述变频驱动器设有电网接入端口、垂直轴风力发电机接入端口和偏航电机接入端口，所述电网接入端口和垂直轴风力发电机接入端口以并联的方式与偏航电机接入端口连接。

进一步，所述变频驱动器内设有电网掉电触发开关，所述电网掉电触发开关与垂直轴风力发电机接入端口串联，并在电网掉电时接通垂直轴风力发电机接入端口与偏航电机接入端口。

进一步，所述垂直轴风力发电机设置在风力发电机的风轮后方，垂直轴风力发电机的高度小于风力发电机的风向标的高度。

进一步，所述垂直轴风力发电机内设有刹车装置，所述刹车装置由电网供电，在电网掉电时，所述刹车装置解除对垂直轴风力发电机的刹车作用。

一种风机内的偏航电机的供电系统的供电方法，包括以下步骤：

第一步，判断电网供电是否正常，在供电正常时，电网为偏航电机供电，当电网掉电时，垂直轴风力发电机与偏航电机连通；

第二步，垂直轴风力发电机发电，并为偏航电机供电。

进一步，在第一步中，当电网供电正常时，垂直轴风力发电机处于刹车状态，当电网掉电时，垂直轴风力发电机的刹车状态解除。

进一步，在第二步中，垂直轴风力发电机产生的交流电先经变频驱动器变频、变压处理后供给偏航电机，在垂直轴风力发电机供电时，变频驱动器调节偏航转速低于电网供电时转速，以便较小的功率提供足够的偏航扭矩。

采用本发明所述的技术方案后，带来以下有益效果：

本发明取消了原有风力发电机中的偏航电机的备用电源系统，改为垂直轴风力发电机作为偏航电机的备用电源，一般情况下，主要由强台风造成电网掉电时才需启动偏航电机备用电源，本发明中的垂直轴风力发电机可以有效利用台风的能量为偏航电机供电，不需要依靠备用化石燃料或蓄电池，因此供电时间可以与台风的作用时间相同，不受储能不足的限制，并且垂直轴风力发电机的成本低，重量轻，安装和维护方便，有效降低了企业成本，带来了较大的经济效益。

附图说明

图1：本发明的结构示意图；

图2：本发明的连接原理图；

其中：1、机舱2、轮毂3、风轮4、塔筒5、偏航电机6、主轴箱7、齿轮变速箱8、发电机9、变频驱动器10、垂直轴风力发电机11、电网接入端口12、垂直轴风力发电机接入端口13、偏航电机接入端口14、固定座15、主轴16、叶片17、风向标。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1所示，风力发电机，一般可包括，塔筒4，安装在塔筒4上的机舱1，安装在机舱1前侧的轮毂2和风轮3，在机舱1内设有主轴箱6、齿轮变速箱7和发电机8，在机舱1外的顶部设有风向标17，所述发电机8的转轴通过齿轮变速箱7和主轴箱6与轮毂2连接，风轮3旋转时带动发电机8转轴旋转发电。

一种风机内的偏航电机的供电系统，安装于上述风力发电机中，包括，安装在机舱1内的偏航电机5，与偏航电机5连接的变频驱动器9，所述变频驱动器9与电网连接用于为偏航电机5供电。偏航电机5驱动机舱1整体旋转，使风轮3始终处于迎风状态，以便在发电时最大限度地吸收风能，在大风切出顺桨状态时受风载荷最小。在机舱1的上方还安装有垂直轴风力发电机10，所述垂直轴风力发电机10通过变频驱动器9与偏航电机5连接，以在电网掉电时，垂直轴风力发电机10作为备用电源为偏航电机5供电。

所述垂直轴风力发电机10设置在风力发电机的风轮3后方且风向标17的前方，以减少对风轮3的影响，为减小对风向标17的影响，垂直轴风力发电机10的高度小于风向标17的高度。

如图2所示，所述变频驱动器9设有电网接入端口11、垂直轴风力发电机接入端口12和偏航电机接入端口13，所述电网接入端口11和垂直轴风力发电机接入端口12以并联的方式与偏航电机接入端口13连接。从电网或垂直轴风力发电机10输送来的交流电经变频驱动器7内部电路处理后供给偏航电机5，使偏航电机5能够正常工作。

所述变频驱动器9内设有电网掉电触发开关，所述电网掉电触发开关包括动作端和控制端，动作端与垂直轴风力发电机接入端口12串联，控制端与电网串联，在电网掉电时动作端接通垂直轴风力发电机接入端口12与偏航电机接入端口13。电网掉电触发开关可以采用接触器，其中，其控制端为线圈，动作端为常闭触点，常闭触点与垂直轴风力发电机接入端口12串联，接触器的线圈与电网串联，在电网通电时，线圈得电，常闭触点断开，垂直轴风力发电机10与偏航电机5断开连接，当电网掉电时，线圈失电，常闭触点闭合，使垂直轴风力发电机10与偏航电机5连通，实现供电连接。

优选地，所述垂直轴风力发电机10内设有刹车装置，所述刹车装置由电网供电，在电网掉电时，所述刹车装置解除对垂直轴风力发电机10的刹车作用。在电网供电正常时，垂直轴风力发电机10由刹车装置锁死，不会转动，以避免其零件的磨损，只有当电网掉电后，垂直轴风力发电机10才可以转动，用于发电。所述刹车装置为现有的垂直轴风力发电机10内安装的刹车装置，其具体结构在此不再详细描述。

一般风机偏航速度较低，偏航电机5的功率较小，为保证偏航电机5的正常运转，所述垂直轴风力发电机10的额定发电功率优选大于偏航电机5的额定功率，垂直轴风力发电机10的发电功率受风速影响变化较大，由于本发明的垂直轴风力发电机10一般是在台风天气导致电网掉电的情况下才开始工作，这种情况下，垂直轴风力发电机10的转速一般能够达到额定转速，即以额定功率发电，即便垂直轴发电机10无法达到偏航额定供电，偏航电机5仍然可以恒定转矩输出，降低偏航速度，以降低功率需求。

优选地，所述垂直轴风力发电机10采用发电效率较高的升力型垂直轴风力发电机，该型垂直轴风力发电机具有较好的空气动力学性能。所述垂直轴风力发电机10一般可包括，位于底部的固定座14，固定座14内安装有变速齿轮箱和发电机，与固定座14转动连接的主轴15，主轴15的外围固定安装有多个叶片16，主轴15通过变速齿轮箱与发电机转轴连接，固定座14可通过螺栓固定在机舱1顶部。垂直轴风力发电机10的主轴15与风机塔筒4的轴线平行。

一种风机内的偏航电机的供电系统的供电方法，包括以下步骤：

第一步，判断电网供电是否正常，在供电正常时，电网为偏航电机5供电，当电网掉电时，垂直轴风力发电机10与偏航电机5连通；

第二步，垂直轴风力发电机10发电，并为偏航电机5供电。

具体地，在第一步中，当电网供电正常时，垂直轴风力发电机10处于刹车状态，同时垂直轴风力发电机10与偏航电机5的连接处于断开状态，电网通过变频驱动器9直接为偏航电机5供电。当电网掉电时，一般为强台风吹断电网，使电网与风力发电机组断开连接，此时，垂直轴风力发电机10的刹车状态解除，并且垂直轴风力发电机10与偏航电机5的供电连接被接通。

在第二步中，垂直轴风力发电机10在风力作用下产生交流电，并先经变频驱动器9变频、变压处理后供给偏航电机5，在垂直轴风力发电机10供电时，变频驱动器9调节偏航转速低于电网供电时转速，以便较小的功率提供足够的偏航扭矩。一般偏航电机5的供电电压为690v，频率为50/60hz，因此，变频驱动器9输出的电压与频率相应为690v，50/60hz。偏航电机5在垂直轴风力发电机10供电的情况下依然可以正常工作，并能调整机舱1位置，使风轮3对准风向，以降低台风对风力发电机造成的损坏。

例外，同样原理，利用垂直轴风力发电机也可以为风力发电机上的其他装置供电，如，为变桨电机供电，其供电方法与偏航电机的供电方法相同。

以上所述为本发明的实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。